脉动流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K*的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

脉劝流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K～＊的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

血管残余应力的一种确定方法

动脉无载荷状态下存在残余应力,分析血管壁在载荷状态下的应力分布必须计及血管壁的残余应力。本文通过检测动脉不同轴向伸长比条件下的压力—容积(p—V)数据,根据其p—V实验曲线的“S”型特征,提出了一种用反正切函数关系对试验数据点进行拟合,进而导得动脉管壁周向残余应力沿壁厚分布的方法。文章对10只正常大鼠颈动脉的分析结果表明,大鼠颈动脉周向残余应力沿血管壁厚呈单调上升趋势。残余应力在内壁处为负呈压缩状态,在外壁处为正呈拉伸状态,并且内外壁处应力绝对值大小基本相等,大约在2．5kPa左右。文章结果对进一步分析动脉管壁在载荷作用下的应力分布提供必要的信息。     

用p-V指数关系确定血管壁的周向应力

通过检测，得到在体轴向伸长比条件下血管段的压力－容积（p-V)数据，利用指数函数关系，求得在一定内压作用下血管壁周向应力沿壁厚的分布。并以正常大鼠腹主动脉为例进行计算，结果表明，在生理压力作用下，残余应力对血管壁周向应力的分布有很大影响，不考虑残余应力将使血管内壁处出现明显的周向应力集中，当考虑存在于血管壁内的残余应力后，周向应力沿壁厚的分布将变得较均匀，例如当内压p=10kPa时，血管内、外壁周向应力值之比，对前者将达10以上，而对后者差不多只有2左右。所得结果与用Fung提出的应变能密度函数的计算结果作比较，发现二者符合得相当好。     

在体轴向伸长比条件下血管壁的周向应力分布

本文通过检测在体轴向伸长比条件下血管段的压力－容积数据,利用应变能密度函数,求得血管壁周向应力沿壁厚的分布。文章的正常大鼠腹主动脉为例进行计算,结果发现,在生理压力作用下（例如ｐ＝１３．３ｋＰａ）,不考虑残余应力确实出现在血管内壁处的周向应力集中,血管内、外壁处的应力值之比可达１５左右,而存在于实际动脉管中的残余应力会使血管壁中的周向应力沿壁厚的分布明显趋于均匀,血管处的周向应力之比差不多只有２左     

动力损伤后的脆性岩石静力蠕变断裂模型研究

应力波动力扰动下脆性岩石的静力蠕变特性,对深部地下工程围岩变形的评价有重要的实践意义.动力载荷作用导致的局部细观裂纹损伤严重影响脆性岩石蠕变力学行为.基于细观裂纹扩展与应力关系模型、动力扰动损伤演化函数、静动力载荷演化路径函数与黏弹性本构模型,提出一种应力波动力扰动下脆性岩石蠕变断裂特性的宏细观力学模型.其中动力损伤通过控制岩石内部细观裂纹数量变化实现.模型描述了应力波动力扰动下岩石的应变时间演化曲线,解释了岩石动力扰动下蠕变失效特性.研究了不同应力波幅值及周期影响下的脆性岩石应变-时间关系曲线,并通过试验结果验证了模型的合理性.讨论了动力损伤变化形式,突变发生时刻,突变量的大小对岩石蠕变失效特性的影响.分析了应力波幅值、周期对岩石动态动力损伤效应以及蠕变失效特性的影响.主要研究结果:动力损伤的变化值越大,岩石蠕变失效发生时间越短.冲击载荷扰动期间,动力损伤发生的时刻及增加的形式,对动力扰动后的岩石应变及蠕变破坏时间影响很小.动力损伤变化量随应力波幅值增加、周期减小而加速增大.应力波幅值越大、周期越小,岩石发生蠕变失效时间越短.     

雷诺应力对平均和脉动压力影响的数值模拟

采用增加雷诺应力边界条件方法考察了雷诺应力对流场的影响。当雷诺应力边界条件存在时,流场内平均和脉动压力的变化体现了雷诺应力的影响。本文首先在没有雷诺应力边界条件和有雷诺应力边界条件的情况下得到TTU低矮建筑标准模型表面的平均压力系数,结果表明:考虑雷诺应力可使建筑物表面的平均压力系数的绝对值增大。本文还利用Selvam提出的脉动压力系数数学模型,计算了TTU模型表面的脉动压力系数,并对计算结果进行了分析。     

动脉压对静脉血管壁周向应力分布的影响

自体静脉是病变动脉管段常用的替代物。移植后因承受压力急剧升高引起的静脉管壁应力改变是影响移植手术的主要因素之一。为了比较移植前(静脉压作用下)和移植后(动脉压作用下)静脉管壁的周向应力分布，本文通过检测一定轴向伸长比条件下静脉管的p(压力)——V(容积)试验数据，利用3参数的应变能密度函数对实验数据进行拟合，进而求得静脉管壁的残余应力和沿血管壁的周向应力分布。对狗的股静脉和颈静脉的分析结果表明，在动脉压作用下静脉管壁周向应力将急剧增大。与处于静脉压环境相比，处于动脉压环境中的颈静脉管周向应力将增大差不多2个数量级。计算结果还显示，静脉管壁残余应力的数值虽然比动脉管壁的相应值小很多，但是与动脉管相同，血管壁残余应力依然对静脉管壁上的周向应力分布影响显著，残余应力的存在将大大削弱在静脉管内壁处的周向应力集中，使周向应力沿静脉管壁厚的变化梯度明显减小。     

功能梯度圆锥扁壳的1:2内共振研究

对热载荷和机械载荷共同作用下的功能梯度圆锥扁壳进行了1:2内共振分析。假设材料属性与温度有关,材料组分沿厚度方向呈幂律梯度变化,基于一阶剪切变形理论和von-Karman几何非线性关系,运用Hamilton原理建立功能梯度圆锥扁壳的非线性动力学方程;采用Galerkin法将运动控制方程离散成一个两自由度非线性动力学系统,采用多尺度法对上述方程进行摄动分析,获得了系统的平均方程,进一步得到频率响应函数和力幅响应函数。研究了材料体积分数指数和面内载荷对幅-频响应特性的影响,结果表明:研究可以得出:改变材料体积分数指数会影响材料中金属的含量及分布,从而引起幅-频响应曲线刚度特性和共振峰带宽的变化;面内载荷的变化不会影响幅-频响应曲线的刚度特性,但是会改变共振峰的带宽。本文还研究了振幅跳跃现象,通过Runge-Kutta法对共振系统进行数值仿真,研究了面内载荷对系统非线性动力学行为的影响,得出:随着面内载荷的变化,系统的运动从周期运动经历概周期运动变成混沌运动。     

周期界面裂纹反平面问题的动态应力强度因子

在研究动载荷作用下复合材料层板结构的安全与可靠性问题以及在抗震设计中关于地层裂缝的运动等问题中,都与界面裂纹有关。本文研究了分布于两个半空间之间的周期界面裂纹在反平面剪切波作用下裂纹尖端应力强度因子的动态特性。文中利用有限 Pourier变换,将在一个周期带内的边值问题转化成求解一个带周期性奇异核的积分方程,再借助于Chebyshev 多项式求得问题的级数解,最后分析了应力场在裂纹尖端的奇异性,得到了裂纹尖端动态应力强度因子的计算公式,并通过数值计算给出了应力强度因子随入射波频率变化的特性曲线。     

An analysis model of pulsatile blood flow in arteries

IntroductionTheperiodicallypulsatilebloodflowinthearterycausesthecircumferentialandaxialmotionoftheelasticbloodvesselandinturntheoscillationofthevesselaffectsthatofthebloodflow .Womersley[1]resolvedsuccessfullythisfluid_solidcouplingproblembysolvingbothlinearNavier_Stokesequationsandthemotionequationsofthethin_walledelastictubeandgainedtheexpressionsofthebloodflowvelocitiesandthevasculardisplacements.Histheoryhasbeenthebasisforthequantitativeanalysisoftherelationshipofthearterialstructureandi…     

动脉瘤内流场以及瘤体尺寸的影响的数值研究

采用计算流体动力学(CFD)数值模拟的方法,在周期性脉动速度入流条件下,建立刚性动脉瘤模型并研究了动脉瘤模型中流场的特征(速度、压力、壁面剪切应力)。得到了脉动入流一个周期内流场特征的变化规律,发现动脉瘤的后端有相当高的压力和壁面剪切应力,而且高压力和壁面剪切应力分布的位置几乎是固定的。探讨了不同动脉瘤尺寸对内部流场的影响,动脉瘤的直径与瘤体长度之比越大,瘤壁承受的剪切应力就越大,动脉瘤破裂的危险性就越高。     

颈动脉分支的血流动力学数值模拟

采用有限元法数值模拟颈动脉分支的血流动力学。根据在体测量的实际尺寸来构造颈动脉分支的几何模型，以保持模型的解剖精确度；利用在体测量的颈内动脉和颈外动脉流量波形以及主颈动脉的压力波形来确定数值计算的边界条件，以保持数值计算的生理真实性。关注的重点是颈动脉窦内的局部血流形态、二次流和壁面剪应力。在心脏收缩的减速期和舒张期的某些时刻，颈动脉窦中部外侧壁面附近产生了流动分离，形成了一个低速回流区。该流动分离是瞬态的，导致了壁面剪应力的振荡，其振荡范围在-2～6dyn／cm^2之间。同时，颈动脉窦中部横截面内的二次流存在于整个心动周期，最大的二次流速度为同时刻轴向速度平均值的1／3左右。     

局部狭窄血管中血液振荡流的速度和切应力

本文建立一种分析局部缓慢狭窄血管中血液振荡流的数学模型，给出了血液的轴向流速，径向流速和切应力的包含压力梯度项的解析表达式，并讨论了血管内由局部狭窄引起的压力梯度沿轴向变化的规律。文章以局部余弦狭窄为例进行数值计算，详细讨论上游均匀管段压力梯度的定常部分和不同次谐波对狭窄管段内流速和切应力的影响。数值结果表明，与均匀管情况相比，在狭窄段内，血液振荡流轴向流速无论平均值还是脉动幅值均明显增大，且径向流速不再为零。但径向流速仍远小于轴向流速。同时，切应力也不再仅由轴向流速梯度提供，径向流速梯度也将产生切应力，但是在计算管壁切向上的切应力时，径向流速梯度的贡献仍相当大。与均匀管管壁切应力沿流运方向保持恒定不同。狭窄管管壁切应力（平均值和脉动值）将随着狭窄高度的增大而增大，在狭窄最大高度处达到最大，因而沿流动方向产生了较大的切应力梯度。     

Constitutive function,residual stress,and state of uniform stress in arteries

Fung (1983) has conjectured that the residual stress in an artery distributes itself in such a way to assure that the circumferential stress is uniform across the artery wall under physiological conditions. In this work, we identify the entire class of constitutive functions for which the circumferential stress is uniform across the artery wall when it is subjected to an internal pressure. It is found that these constitutive functions do not necessarily endow residual stresses. Furthermore, a subset of the class of the constitutive functions is identified for which the circumferential stresses are uniform for the entire range of internal pressures. The constitutive functions in this sub-class are found to have zero residual stress. It is the inhomogeneity, rather than residual stress, that assures uniform circumferential stresses. We also examine the possibility of utilizing these constitutive functions in the design and fabrication of an engineered blood vessel with optimal mechanical properties.     

Effects of dimensional wall temperature on Reynolds stress budgets in a supersonic turbulent channel flow with thermally perfect gas

ABSTRACT

Direct numerical simulations of temporally evolving supersonic turbulent channel flow of thermally perfect gas are conducted at Mach number 3.0 and Reynolds number 4800, combined with constant dimensional wall temperatures from 149.075 to 1788.90?K to study the influence of dimensional wall temperature on the characteristics of Reynolds stress budgets. It is found that, as the dimensional wall temperature increases, the production, diffusion, pressure–velocity gradient correlation and dissipation terms increase, whereas the compressibility-related term decreases. This is mainly due to variations in mean flow properties. The mechanism of inter-component transfer (ICT) is insensitive to the dimensional wall temperature. The ICT relating to the pressure–velocity gradient correlation term can be divided into inner and outer regions, and the critical position separating these regions is at the semi-local scaling of approximately 16 irrespective of the different dimensional wall temperature.